新型水泥助推建筑业碳排放减少10倍

作者：Isabelle Dumé

编辑：Meister Xia

导读：

近年来，“碳排放”逐渐成为环保议题下的焦点话题，而建筑行业则是碳排放“大户”，建筑行业的减碳工作势在必行。混凝土是建筑行业的基础，住房、基建、交通、基础设施都必不可少。在生产过程中建筑业如何减少天然资源的消耗，降低了城市温室气体的排放？已知全球约7%的二氧化碳排放都来自于混凝土的主要成分——水泥。本期为“建筑业的节能减碳”系列一，将围绕新型水泥带大家了解在减碳之路上，建筑业做出了哪些探索和成效。

一览：

全球约7%的二氧化碳排放都来自于混凝土的主要成分——水泥。

法国国家科学研究中心（CNRS）、巴黎萨克雷大学和Ecocem合作建立了一个名为Matériaux cimentaires éco-efficaces（简称MC²E）的新型实验室，旨在研发生态环保型水泥材料。

MC²E的研究人员已成功将混凝土中的水泥用量减少了五倍。

研究者还开发了一种由钢铁工业废渣制成的新型（专利）水泥，与传统水泥相比，其碳足迹可减少约80%。这种新型水泥已经投放市场。

综上所述，我们有望在颠覆性水泥制造技术出现之前，快速实现建筑业的碳中和。

每年，因人类活动排放的二氧化碳高达430亿吨。为了应对气候变化风险，我们迫切需要在所有领域推出低碳解决方案，建筑业也不例外。事实上，全球约7%的二氧化碳排放都来自于混凝土的主要成分——水泥。

法国国家科学研究中心（CNRS）、巴黎萨克雷大学（l’ENS Paris Saclay）和Ecocem合作建立了一个名为Matériaux cimentaires éco-efficaces（简称MC²E）的新型实验室，旨在研发生态环保型水泥材料。当前，三者已联合开发了一种由钢铁工业废渣制成的新型（专利）水泥，与传统水泥相比，其碳足迹可减少约80%。

水泥的制造原理

过去两百多年，传统的波特兰水泥一直是建筑材料的主要成分。波特兰水泥由石灰石和粘土按8:2的比例混合，通过煅烧这一高温化学反应制成。在煅烧过程中，石灰石会分解成为石灰和二氧化碳，带来污染。总的来说，生产一吨水泥会带来800公斤到一吨的二氧化碳排放。

减少混凝土等建筑材料中的水泥用量可以实现减排。考虑水泥在混凝土中主要充当填充物、发挥黏连作用，像胶水一样粘合建筑材料中的骨料和沙子，这一做法完全可行。

减少五倍的水泥用量

鉴于水泥的主要功能是粘合剂/胶水，我们成功地找到了替代物来填充颗粒间的缝隙，从而将混凝土中的水泥用量减少了五倍。聚合物基胶水等传统工业粘合剂以液体形式存在，物体表面被浸湿后，粘合剂便会硬化，加强整体结构的机械强度。水泥的原理与此相同：水泥粉与水混合后形成液体，在骨料之间流动并将其浸湿，最终硬化成像混凝土一样的固体材料。

我们的“新型水泥”由磨碎的矿渣制成，不包含传统的水泥材料。矿渣是炼钢产生的废渣。只需在磨碎粒状高炉渣中添加少许惰性成分或添加剂，便可获得一种可用于制造混凝土的“新型水泥”。与波特兰水泥基混凝土相比，这种“新型水泥”混凝土的性能十分相近。

碳排放降至90公斤/吨

生产一吨新型水泥只会排放大约90公斤的二氧化碳。因此，它可以替代波特兰水泥生产出高性能、耐久的低碳混凝土。此外，鉴于其化学特性，基于新型水泥的混凝土机械强度更优，也能更好地抵挡硫酸盐和氯化物的侵蚀。

MC²E开发的新型水泥已经投放市场，万喜集团（Vinci Group）在建设其位于拉德芳斯商务区的总部时已大量使用。此外，巴黎2024年奥运村，以及巴黎地铁18号线的隧道建设项目也将使用。

人工智能改进水泥使用

由于传统水泥价格低廉，迄今为止，环保的水泥替代品仍未得到大规模应用。此外，工程建设领域浪费现象严重。建筑公司误以为水泥含量越多，产品的机械稳定性就更强，因此往往会过度使用。机器学习等人工智能技术可以简化混凝土的配置方法，如利用算法确定建筑材料中的水泥最佳用量，通过避免浪费而减轻碳足迹。有了这一新型工具，工程师便可摆脱对计算机模拟的依赖，转而使用机器学习技术。毕竟，前者对专业性要求较高，后者轻松上手。

综上所述，我们有望在颠覆性水泥制造技术出现之前，快速实现建筑业的碳中和。然而，考虑到国际标准的制定往往慢于创新实践，这一进程也许会因此放缓。

Isabelle Dumé

Mohend Chaouche

巴黎萨克雷大学法国国家科学研究中心研究主任

科学记者，物理学哲学博士

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